Kartlegging av forskningsstatus innen
brannetterforskning
Jan P. Stensaas, Anne Steen-Hansen og Christian Sesseng
SP F
ire
R
e
se
a
rch
AS
Kartlegging av forskningsstatus
innen brannetterforskning
VERSJON 1 DATO 2015-11-27 NØKKELORD: Brann Etterforskning Litteratur-studium FORFATTEREJan P. Stensaas, Anne Steen-Hansen og Christian Sesseng
OPPDRAGSGIVER Norsk brannvernforening OPPDRAGSGIVERS REF. Thor Kr. Adolfsen PROSJEKTNR. 20116 ANTALLSIDER OG VEDLEGG:
73 sider, ingen vedlegg
SAMMENDRAG
I dette prosjektet er det gjennomført et litteraturstudium der vi har kartlagt forskningsstatus innen utvalgte tema innenfor brannetterforskning. Det er gjennomført søk i aktuelle litteraturdatabaser for nasjonale og internasjonale publikasjoner, og i annen relevant faglitteratur som bøker og rapporter. Utvalgte relevante forskningsinstitusjoner og fagmiljøer er også kontaktet for å undersøke status innenfor de aktuelle temaene. Følgende prioriterte emner er undersøkt:
• Brennbare væsker
• Antennelse ved gnister, glør og varme partikler • Batterier • Selvantennelse UTARBEIDET AV Christian Sesseng SIGNATUR KONTROLLERT AV Anne Steen-Hansen SIGNATUR GODKJENT AV
Paul-Halle Zahl Pedersen
SIGNATUR RAPPORTNR. A15 20116:1 ISBN GRADERING Åpen
GRADERING DENNE SIDE
Historikk
VERSJON DATO VERSJONSBESKRIVELSE
Innholdsfortegnelse
Forord
5
Sammendrag
6
English summary
7
1
Innledning
8
1.1 Bakgrunn 8 1.2 Arbeidsbeskrivelse 82
Brennbare væsker
9
2.1 Innledning 92.2 Faktorer som har betydning for å finne spor etter brennbar væske 9 2.3 Mulighet for falsk påvisning av brennbar væske 11 2.4 Påvisning av spor etter brennbare væsker ved UV-lys og kamera 16
2.5 Alternative analysemetoder 16
2.6 SINTEF/Kripos-prosjektet «Bestemmelse av branntekniske spor
etter bruk av brennbar væske» 20
2.6.1 Forsøksoppsettet og forsøkene 20
2.6.2 Forsøkene 21
2.6.3 Bruk av ”Sniffer” 25
2.6.4 Betydningen av tilførsel av slokkevann 25
2.6.5 Konklusjoner fra studien 26
2.7 Oppsummering 28
3
Brann som følge av gnister, glør og varme partikler
30
3.1 Innledning 30
3.2 Antennelse av trevirke 30
3.3 Antennelse av brennbart støv 32
3.4 Antennelse av biologisk materiale 32
3.5 Antennelse ved sigaretter 33
3.5.1 RIP-sigaretter 33
3.5.2 Egenskaper ved tradisjonelle sigaretter 34
3.5.3 Ulmebrann i stoppete møbler 35
3.5.4 Hva betyr møbeltrekket for antennelse? 37
3.5.5 Hva skjer med RIP-sigaretter dersom de tildekkes? 38 3.5.6 Antennelse av andre materialer med sigaretter 39 3.6 Hva må til for at en varm partikkel skal antenne olje- og
spritbaserte væsker? 40
3.6.1 Generelt om antennelse av brennbare væsker 40
3.6.2 Flammepunktet til en brennbar væske 41
3.6.3 Hva må til for at en varm partikkel skal antenne en brennbar væske
eller gass? 42 3.7 Oppsummering 46
4
Brann i batterier
47
4.1 Generelt 47 4.2 Batterityper 47 4.2.1 Blybatterier 48 4.2.2 Litium-ionbatterier 504.3 Feil i batterier som kan medføre brann 51
4.3.1 Termisk årsak 53
4.3.3 Elektrisk årsak 54
4.3.4 Dårlig elektrokjemisk design 54
4.3.5 Produksjonsfeil 54
4.3.6 Faktorer som påvirker effekten av feil i batterier 55
4.3.7 Sikringsmekanismer 55
4.4 Oppsummering 59
5
Innspill fra politidistriktene om tema man bør se
nærmere på
60
5.1 Selvantennelse 60
5.1.1 Generelt 60
5.1.2 Hyppigheten av selvantennelse i Norge 61
5.1.3 Nødvendige betingelser for selvantennelse 62
5.1.4 Ekstern antennelse versus selvantennelse 63
5.1.5 Materialer som er i stand til å forårsake selvantennelse 63
5.1.6 Pyrofort tre («selvantennelig tre») 64
5.1.7 Treolje 64
6
Videre arbeid
67
6.1 Hva fant vi ikke svar på i forskningslitteraturen 67
6.2 Forslag til videre arbeid 67
6.2.1 Spor etter bruk av tennbriketter og stearinlys 68 6.2.2 Betingelsene for antennelse ved varme partikler 68 6.2.3 Spor etter primær og sekundær brann i batterier 69
Forord
Da Norsk brannvernforening utarbeidet sin Håndbok i brannetterforskning, var det en rekke tema innenfor brannetterforskning det var vanskelig å finne forskningslitteratur om. Norsk brannvernforening tok derfor initiativ til å få gjennomført et forprosjekt, et
litteraturstudium, som skulle kartlegge forskningsstatus og eventuelle kunnskapshull, innen brannetterforskning. Denne rapporten presenterer resultatene av dette forprosjektet. Forprosjektet ble finansiert av Norsk brannvernforening, Direktoratet for
samfunnssikkerhet og beredskap, Politidirektoratet, UNI-stiftelsen, Sparebank1 og Tryg Forsikring. Styringskomiteen for prosjektet har bestått av representanter fra Norsk
brannvernforening, Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap, Politidirektoratet og KRIPOS.
Christian Sesseng Prosjektleder
Sammendrag
I denne rapporten presenteres resultatene fra et litteraturstudium der forskningsstatusen for utvalgte områder innen brannetterforskning er kartlagt. Vi har kartlagt og
sammenfattet tilgjengelig kunnskap innenfor brannetterforskningsfeltet, samt vurdert kvaliteten til de kildene som er brukt som grunnlag. Noen kilder er for eksempel fagfellevurdert, slik tilfellet er i vitenskapelige publikasjoner. For andre kilder kan påstander og konklusjoner være litt mer usikre, og da har vi vurdert om det er behov for mer arbeid innenfor spesifikke områder.
Det er gjennomført søk i aktuelle litteraturdatabaser for nasjonale og internasjonale publikasjoner, og i annen relevant faglitteratur, som bøker og rapporter. Utvalgte relevante forskningsinstitusjoner og fagmiljøer er også kontaktet for å undersøke status innenfor de aktuelle temaene. Følgende prioriterte emner er undersøkt:
• Brennbare væsker
• Antennelse ved gnister, glør og varme partikler • Batterier
• Selvantennelse
Innenfor hvert emne var det i samarbeid med styringskomiteen satt opp en liste med spørsmål som vi ville prøve å besvare gjennom studien. I hvilken grad vi har funnet svar på spørsmålene, er oppsummert i slutten av hvert kapittel.
English summary
This report presents the results from a literature review of the state-of-the-art of fire investigation. We have reviewed and summarized available knowledge and assessed the quality of the references. Some references are peer reviewed, which is common for scientific publications, whereas for other references, there may be uncertainties regarding statements and conclusions. In such cases, we have assessed whether or not there is a need for further studies in order to conclude.
We have made queries in national and international scientific literature databases and searched for other relevant technical literature, such as books and reports. A selection of relevant research institutions and communities have been contacted to get more
information on the status of the topics of interest. The following prioritized subjects have been looked into:
• Flammable liquids
• Ignition by sparks, embers and hot particles • Batteries
• Autoignition
For each subject, a set of questions was defined in collaboration with the project’s steering committee. To what degree we have managed to find literature answering the questions is summarized at the end of each chapter.
1
Innledning
1.1
Bakgrunn
Under arbeidet med den siste utgaven av Håndbok i brannetterforskning [1], erfarte Norsk brannvernforening at det var vanskelig å finne dokumentert kunnskap innenfor en rekke temaer. Det var derfor et ønske om å få en bedre oversikt over hva som finnes av forskningsbasert kunnskap innenfor brannetterforskning. Dette forprosjektet er et første skritt mot økt kunnskap og økte forskningsaktiviteter innenfor fagfeltet. Forprosjektets målsetting har vært å kartlegge status for forskningen på utvalgte temaer innenfor brannetterforskning, som er beskrevet i kapittel 1.2.
1.2
Arbeidsbeskrivelse
Vi har kartlagt og sammenfattet tilgjengelig kunnskap innenfor brannetterforskningsfeltet, samt vurdert kvaliteten til de kildene som er brukt som grunnlag. Noen kilder er for eksempel fagfellevurdert, slik tilfellet er i vitenskapelige publikasjoner. For andre kilder kan påstander og konklusjoner være litt mer usikre, og da har vi vurdert om det er behov for mer arbeid innenfor spesifikke områder.
Det er gjennomført søk i aktuelle litteraturdatabaser for nasjonale og internasjonale publikasjoner, og i annen relevant faglitteratur, som bøker og rapporter. Utvalgte relevante forskningsinstitusjoner og fagmiljøer er også kontaktet for å undersøke status innenfor de aktuelle temaene. Følgende prioriterte emner er undersøkt:
• Brennbare væsker
• Antennelse ved gnister, glør og varme partikler • Batterier
• Selvantennelse
Innenfor hvert emne var det i samarbeid med styringskomiteen satt opp en liste med spørsmål som vi ville prøve å besvare gjennom studien. I hvilken grad vi har funnet svar på spørsmålene, er oppsummert i slutten av hvert kapittel.
2
Brennbare væsker
2.1
Innledning
Ildspåsettere bruker ofte brannfarlige væsker, eller andre hjelpemidler, som tennbriketter eller stearinlys, for å starte en brann. Hensikten kan være å lage en stor brann på kort tid, slik at det påtente objektet blir totalskadet. I noen tilfeller er hensikten at skadene skal være hærverk, være forsøk på forsikringssvindel eller dekke over en annen kriminell handling. Spørsmålene vi forsøker å besvare her er:
1. Hvor lang tid kan det brenne før brennbar væske ikke lar seg identifisere gjennom kjemisk analyse og bruk av hund?
2. Hvor lang tid tar det før brennbar væske ikke lar seg identifisere gjennom bruk av hund eller kjemisk analyse av prøver tatt fra områder der det ikke har brent i og utenfor brannrommet?
3. Hvor lang tid tar det før søl av brennbar væske på for eksempel klær ikke lar seg identifisere?
4. Hvor lang tid tar det før en brannhund ikke lenger kan markere brennbar væske?
5. Når blir spor av brennbar væske borte som følge av vær og vind?
6. Gir noen av de etablerte metodene for påvising av brennbar væske mulighet for falsk positiv tolkning grunnet kontaminering av smeltet plast?
7. Finnes det publisert dokumentasjon av metode for stadfesting av brennbare væsker ved hjelp av UV-lys og kamera?
8. Finnes det publisert dokumentasjon av alternative metoder for stadfesting av brennbare væsker?
Bruk av tennbriketter og stearinlys ved ildspåsettelse skal inkluderes i besvarelsen av spørsmålene ovenfor.
2.2
Faktorer som har betydning for å finne spor etter
brennbar væske
DeHaan [2] referer i sin artikkel «The Arson Set» til forsøk utført av Loscalzo i 1977 [3], der bensin ble helt på ulike underlag. Bensin ble identifisert ved hjelp av
gasskromatografi 24 timer etter brannen. På jordsmonn var bensin identifiserbar etter 162 timer. I sammendraget til DeHaans referanse står det imidlertid at bensin ikke var
identifiserbar etter en forbrenning på 20 minutter, verken på tregolv eller teppe, til tross for at prøvetakingen skjedde umiddelbart etter at brannen var slokket. På jordsmonn derimot, var bensin identifiserbar etter 20 minutters forbrenning.
Det ser ut som om disse forsøkene kun omfattet brann i den brennbare væsken og underlaget, og at de ikke inkluderte de sekundære effektene av brannen i rommet, slik som påvirkningen av andre brennbare materialer eller effekten av slokkevann. Dette er noe som henholdsvis kan forverre og forbedre muligheten av å finne spor etter brennbar væske. Slokkevann vil bare forbedre denne muligheten hvis det er benyttet brennbare væsker som ikke er vannløselige, slik som bensin eller diesel.
Viktige faktorer som påvirker muligheten for å identifisere brennbar væske
Hvorvidt brennbar væske lar seg identifisere eller ikke, vil være avhengig av mange faktorer [4]:
1. Brannens varighet og intensitet 2. Slokkeinnsats og mengden slokkevann 3. Type brennbar væske
4. Mengde brennbar væske
5. Mengde og type av andre brennbare materialer involvert i brannen
6. Arrangement av brennbare materialer, og graden av spredning av brennbar væske
7. Ventilasjonsforhold
8. Bakterier i underlaget (for eksempel i golvbelegg)
I tillegg vil andre faktorer kunne ha betydning, som hvor lang tid det har gått siden brannen ble slokket, og vær- og vindforhold.
Borusiewicz et al. [4] har eksperimentelt studert effekten av faktorene 2, 3, 5, 6 og 7 på listen over, med hensyn til muligheten av å identifisere brennbar væske i branner som ikke medførte overtenning. De fant at den faktoren som hadde størst innflytelse var type
materialer ellers i brannrommet. Deretter var det arrangement av brennbare materialer
og graden av spredning av brennbar væske som hadde størst innflytelse på muligheten av å identifisere brennbar væske. De andre faktorene var (rangert etter avtagende betydning):
typen brennbar væske, brannens varighet og ventilasjonsforholdene.
I denne studien ble det understreket at en brennbar væske som er utskilt fra brannrestene i en branntomt, som regel vil være svært forskjellig fra den opprinnelige brennbare
væsken. Dette skyldes prosessene som skjer i løpet av en brann, som for eksempel fordampning og pyrolyse fra andre materialer som blander seg med den utskilte væsken. Dette kan skape store forstyrrelser når man skal analysere og tolke måleresultatene av prøver fra en branntomt. I artikkelen trekkes det følgende konklusjoner med hensyn til muligheten for å identifisere brennbar væske:
Kjemiske spor etter brennbar væske
På teppe fant man lett kjemiske spor etter brennbare væsker, unntatt flyktige brennbare væsker, uavhengig av brannens varighet. Med flyktige, brennbare væsker menes
brennbare væsker med flammepunkt lik eller under romtemperatur (≤ 23 °C). På trevirke med lav densitet ble brennbar væske funnet i kun noen få prøver. På kartong ble ikke brennbare væsker detektert etter den samme forbrenningstiden. Noen plastmaterialer som for eksempel kan finnes i tepper, hadde en tendens til å slutte å brenne før de ble full-stendig oppbrent. Det innerste sjiktet fikk ikke tilstrekkelig lufttilførsel fordi det dannet seg et sjikt av tett forkullet materiale. Dermed ble brennbar væske (unntatt de mest flyktige) funnet i brannrestene, uavhengig av tiden mellom antennelse og prøvetakingen. Andre materialer, slik som trematerialer og kartong, brant fullstendig opp, og brennbar væske lot seg dermed ikke påvise.
Lufttilførsel
Forsøkene viste at forandring i lufttilførselen ikke hadde særlig betydning for muligheten til å finne spor etter brennbare væsker.
Betydning av blindprøver og rengjøring
Resultatene viste tydelig betydningen av å benytte blindprøver, det vil si prøvemateriale uten tilsatt brennbar væske. Blindprøvene gjorde det mulig å bestemme når brennbar væske ikke kunne påvises. Ved å ta blindprøver, ble falske, positive funn av brennbar væske eliminert.
Slokkeinnsats og mengde slokkevann
Slokkevann kan forsegle brennbare væsker som ikke er vannløselige. Slike rester av brennbare væsker kan bli liggende på en branntomt relativt lenge etter at brannen er slokket. Når det gjelder alkoholer og andre vannløselige brennbare væsker derimot, vil slokkevann i høy grad kunne redusere muligheten for å detektere disse, fordi de vil bli tynnet ut og vasket bort av slokkevannet.
Ettersom dette var laboratorieforsøk i liten skala, ble det påpekt at de ovennevnte funnene kunne være spesielle for disse småskalaforsøkene. De samme forholdene vil kanskje ikke være til stede i fullskala branner, hvor det kan være en vesentlig større påvirkning fra brann i andre materialer i tillegg. Det ble imidlertid konkludert med at disse forsøkene burde kunne si noe om hvilke faktorer som har størst betydning for muligheten av å finne spor av brennbare væsker etter branner som ikke har gått til overtenning. Dette vil være branner som slokkes i en tidlig fase av brannen, enten på grunn av aktiv slokkeinnsats, eller som følge av underskudd på brensel eller luft. Slike branner vil trolig stort sett ha de samme forbrenningsbetingelsene som i disse småskalaforsøkene.
I 1998–1999 gjennomførte SINTEF NBL en eksperimentell studie [5] hvor vi undersøkte mulighetene for å finne visuelle og kjemiske spor etter brennbar væske etter brann. Dette studiet er nærmere beskrevet i avsnitt 2.6. Faktorer som type brennbar væske, type golvbelegg, graden av sekundære brannskader og bruk av slokkevann ble undersøkt. Det ble funnet relativt tydelige kjemiske eller visuelle spor etter brennbar væske i nesten 80 % av forsøkene.
I fire forsøk ble det tatt prøver for gasskromatografi (GC), både umiddelbart etter brannen, og en dag etter forsøket. Det ble gjort positive funn av brennbar væske i alle prøver som ble tatt umiddelbart etter forsøket, både i senter og i utkant av væskedammen. I prøvene som ble tatt dagen etter, ble det påvist brennbar væske i tre av de fire forsøkene. Disse forsøkene indikerer at sannsynligheten for påvisning av kjemiske spor etter
brennbar væske ved GC avtar noe hvis prøvetakingen skjer en dag etter brannen. Disse forsøkene inkluderte i høy grad effekten av sekundærbrannen i rommet, men ikke andre materialer i brannrommet enn den brennbare væsken og golvbelegget. Brann i andre materialer i brannrommet kan i høy grad redusere muligheten for å påvise brennbar væske ved hjelp av GC.
2.3
Mulighet for falsk påvisning av brennbar væske
Gasskromatografi er i dag den klart mest benyttede metoden til påvisning av brennbar væske på en branntomt. Det er velkjent at tolkningen av resultatene fra GC-analyser i høy grad kan kompliseres av pyrolyseprodukter fra forbrenning av syntetiske materialer. Ved pyrolyse av slike materialer kan det dannes flyktige komponenter som er kjemisk lik enkelte komponenter i kjente brennbare væsker.
Forsøk med vanlige materialer i boliger
Dette problemet blir spesielt viktig i situasjoner hvor det er lite brannrester igjen. I slike tilfeller kan de genererte pyrolyseproduktene føre til mistolking og til en falsk, positiv indikasjon på at det er benyttet brennbar væske. Fernandes et al. [6] har undersøkt disse problemstillingene nærmere ved hjelp av brannforsøk, der det er anvendt ulike brennbare væsker og forskjellige typer materialer som er vanlig forekommende i boliger. Analysene ble gjennomført ved å benytte ”Automated Thermal Desorber-GC-Flame Ionization Detector (ATD-GC-FID) og massespektrometri (ARD-GC-MS).
Hensikten var å undersøke om forbrenning av vanlige materialer ville produsere pyrolyseprodukter som kan forveksles med vanlig brukte brennbare væsker. Det ble gjennomført forsøk med materialer som ble inndelt følgende fire grupper:
1. Trykksaker (aviser, magasiner) 2. Golvbelegg (golvtepper, golvbord) 3. Lim
4. Overflateprodukter (gipsplater, kryssfinér, tapet, maling, lakk)
Disse materialene ble montert i et rom på samme måte som produktene vanligvis brukes. Både nye og gamle materialer ble benyttet. Materialene ble antent ved hjelp av en bunsenbrenner. Forsøk med nye og en måned gamle prøvestykker ble gjennomført, for å undersøke graden av avdamping av flyktige stoffer fra prøvene i løpet av en måned. Fernandes et al. konkluderer med at selv om nylig behandlete produkter avgir flyktige komponenter som kan være en kilde til forstyrrelser, vil kontrollprøver hjelpe til å eliminere slik bakgrunnsstøy i de brente prøvene. Eventuelle flyktige stoffer som finnes i brente prøver bør imidlertid ikke overses, spesielt ikke hvis det blir påvist toluen. Dette fordi toluen kan forveksles med malingsfortynner, som ofte består av kun én hoved-komponent. Man har imidlertid ikke alltid kontrollprøver tilgjengelig. Eventuelle flyktige stoffer kan i tillegg feiltolkes som vanlige brennbare væsker for ildspåsettelse.
Trykksaker (aviser og magasiner)
Figur 2.1 viser spektrene fra GC-analyse av ubrente og brente aviser, og av diesel. Det er en klar likhet mellom spektrene til ubrente avviser og diesel. Et GC-spektrum som likner på spekteret for diesel kan derfor føre til en konklusjon om at diesel er benyttet som et hjelpemiddel til ildspåsettelse, dersom samme type ubrente aviser ikke er tilgjengelig som kontrollprøver.
Tilsvarende GC-spektrum fra én måned gamle aviser viste derimot ikke særlig likhet med GC-spekteret til diesel. En måned var altså tilstrekkelig til at alle flyktige stoffer i
trykksverten var forsvunnet. Fernandes et al. konkluderte med at det er viktig å registrere datoen på avisen, hvis mulig. Det ble også konkludert med at man bør være forsiktig med å trekke konklusjoner hvis avisen er mindre enn en måned gammel.
Figur 2.1: ATD-GC-FD kromatogram av en fersk avvis før og etter brann, samt for diesel [6].
Golvtepper
Fernandes et al. [6] fant at golvtepper laget av polypropylen (PP), nylon og ull utviklet toluen under forbrenning. Toluen er også en viktig komponent i malingsfortynnere. Den målte konsentrasjonen av toluen fra golvtepper var imidlertid ikke så høy at den kunne indikere at det var brukt brennbar væske. Til forskjell fra nylon- og ullteppe, medførte forbrenning av PP-teppe at det også ble produsert pyrolyseprodukter som limonen og benzen (se Figur 2.2). Selv om benzen er en bestanddel i bensin, og limonen er en brennbar terpen, er det ifølge Fernandes et al. ikke vanlig å bruke slike produkter i forbin-delse med ildspåsettelse. Det ble konkludert med at funn av disse stoffene ikke burde medføre en falsk, positiv konklusjon på at brennbar væske var blitt benyttet.
Golvteppe med lim
Av de fire typene lim som ble testet (hvitt lim (uspesifisert), PVC klebestoff, kontaktlim og tapetlim), var det bare kontaktlimet som inneholdt komponenter som finnes i
brennbare væsker som ofte er benyttet i forbindelse med ildspåsettelse. Dette var benzen, heptan, toluen, etylbenzen og m-xylen. Som vist i Figur 2.2, var disse komponentene tilstede i golvteppet både før og etter brannen. For et golvteppe som var en måned gammelt, påviste man bare de tre komponentene benzen, heptan og toluen. Dette skulle tilsi at et prøvestykke av eldre golvtepper inneholder færre flyktige komponenter enn nye golvtepper. Brukte golvtepper har derfor lavere sannsynlighet for å forårsake forstyrrelser i GC-analyser av brannrester.
Figur 2.2: ATD-GC-MS kromatografi-spekter av et polypropylenteppe og polstring av polypropylen (a) før og (b) etter brann. Golvteppe var festet med lim [6].
Lakk, malingsspray og skosverte
Gjenstander som nylig er overflatebehandlet med lakk, malingsspray og skosverte inneholder også komponenter som er vanlig å finne i brennbare væsker som ofte er benyttet i forbindelse med ildspåsettelse. Det ble understreket at man bør være spesielt oppmerksom vedrørende forekomsten av lakk og skosverte i bevismaterialet, fordi lakk inneholder toluen og xylen, noe som kan forveksles med enkelte løsningsmidler og bensin. Likeledes, kan parafiner (C9-C11) i skosverte bli forvekslet med terpentinolje.
GC-analyse av en måned gamle gjenstander som var overflatebehandlet med lakk, malingsspray og emulsjonsmaling var sammenlignbare med tilsvarende nylig
overflatebehandlete gjenstander, bortsett fra at mengden flyktige komponenter både i de ubrente og brente gjenstandene var redusert. Dette indikerer at forstyrrelser i
GC-analysene er mindre sannsynlig i gjenstander som var minst en måned gamle i forhold til nye gjenstander. Brannetterforskere bør i slike tilfeller dokumentere alle spesielle forhold
på brannstedet der de enkelte bevisgjenstandene ble sikret. Dette kan gi supplerende informasjon i tillegg til resultatene fra laboratorieanalysene.
Malt murpuss
Spor etter flyktige komponenter, spesielt toluen, kan man også finne i murpuss malt med emulsjonsmaling (se Figur 2.3). Funn av toluen kan føre til feilaktig falsk, positiv konklusjon, hvis dette blir sikret som bevis og ikke sammenlignet med en prøve av ikke brannskadet murpuss av samme type. En mulighet er å utsette et ikke-brannskadet prøvestykke for brann, og deretter sammenligninge GC-spekteret med spekteret for bevismaterialet.
(a)
(b)
Figur 2.3: ATD-GC-MS kromatografi-spekter av murpuss malt med emulsjonsmaling (a) før og (b) etter brann [6].
Golvbelegg, tapet, ullteppe, etc.
Almirall og Furton [7] har gjennomført forsøk med golvtepper av nylon, polyester og ull, samt med syntetiske golvbelegg («synthetic floor Brand A – E»). Disse materialene ble analysert både før og etter brann under kontrollerte betingelser. Prøvestykkene ble
plassert i 3,8 liters (1 gallon) malingsspann. Spannene ble før forsøkene varmet opp til ca. 200 °C i 4-8 timer, for å fjerne eventuelle forurensende, flyktige stoffer.
Brannforsøkene ble gjennomført ved å antenne prøvematerialet i spannet. Prøvestykket brant i 2 minutter, eller inntil ca. 2/3 av materialet var forkullet. Brannen i materialene ble slokket på to måter, enten ved å spraye 10 ml vann på prøvestykket, eller ved å legge lokk på spannet. 35 forskjellige golvbelegg ble brent under kontrollerte betingelser og slokket som forklart over. Prøvestykkene ble deretter analysert ved GC-MS-analyse.
Mange av forbindelsene som oppsto enten ved forbrenning eller ved pyrolyse, var også komponenter som man finner i brennbare væsker som ofte brukes i forbindelse med ilds-påsettelse. Det ble imidlertid understreket at kromatografi-spekteret ved bruk av slike væsker var temmelig forskjellig fra spektrene for de brannpåkjente prøvematerialene i denne studien. Til tross for dette, bør man være klar over at GC-MS-analyseresultater fra disse produktene kan forveksles med vanlige brennbare væsker brukt til ildspåsettelse, spesielt i de tilfellene hvor mengden av den brennbare væsken er liten. Det ble også understreket at det er viktig å ta kontrollprøvestykker av samme materiale som ikke inneholdt brennbar væske.
2.4
Påvisning av spor etter brennbare væsker ved
UV-lys og kamera
Å påvise spor etter brennbar væske med UV-lys og kamera er beskrevet på flere nettsider om brannetterforskning, og på nettsider til forhandlere av slikt utstyr. Vi har imidlertid ikke funnet artikler som beskriver forskning som omhandler dette temaet.
Fordeler og begrensninger med metoden ble imidlertid presentert på Mid-Atlantic Association of Forensic Scientists årsmøte i 2006 [8]. I presentasjonen var det vist eksempler fra forsøk med ulike typer brensel og materialer. Konklusjonene i
presentasjonen er at UV-lys kun er anvendelig for å detektere bensin og diesel. Metoden påvirkes ikke av vann, men forbrenningen av materialet påvirker synligheten ved bruk av UV-lys. Metoden skal være nyttig for små mengder brennbar væske og for påvisning lang tid etter at den brennbare væsken ble tilsatt materialet.
2.5
Alternative analysemetoder
Sandercock [9] har publisert en artikkel som omfatter en grundig gjennomgang av vitenskapelig litteratur i perioden 2001-2007 vedrørende nye metoder for påvisning av brennbar væske i brannrester, samt etterforskning på branntomter generelt. Artikkel-forfatteren har gjennomgått 333 litteraturreferanser. Disse omhandler blant annet følgende to hovedområder, med undertema:
1. Laboratorieanalyse av brennbar væske o Ny litteratur for laboratoriet
o Generelt om analyse av brennbar væske
o Teknikker for prøvetaking og oppbevaring av prøver o Gasskromatografi
o Andre analysemetoder
o Analyse av brennbar væske, nye produkter og andre materialer o Tolkning av måledata
o Kjemiske fingeravtrykk
o Overføring og oppbevaring av brennbare væsker
2. Etterforskning av branntomt og generell brannetterforskning o Ny brannlitteratur for brannetterforskere
o Generell brannetterforskning på branntomten o Skog- og lyngbranner
o Overtenning og backdraft ved rombranner o Modellering og simulering av branner o Branner med elektrisk årsak
o Branner i kjøretøy o Selvantennelse
o Bruk av hund på branntomten
o Bærbart utstyr for bruk på branntomten.
o Innsamling og oppbevaring av bevis og branntekniske spor på branntomten
o Retrospektiv gjennomgang av branner og brannstatistikk o Brannstifterens psykologi
Prøvetaking og utskillelse
Det understrekes av Sandercock at blant teknikker for prøvetaking og utskillelse av brennbare væsker fra prøver fra branntomten, så er «Solid Phase Micro-Extraction» (SPME) den metoden som er rådende i dag, og som anbefales brukt. Absorberende midler, slik som Tenax TA® og Carbotrap 300® blir også vurdert som meget nyttige absorbenter for brennbare væsker.
Påvisning og identifisering av brennbar væske
Når det gjelder gasskromatografi (GC), trekkes det fram teknikker som «Gas Chromato-graphy-Isotope Ratio Mass Spectrometry» (GC-IRMS), som kan ha stort potensiale ved bestemmelse av spor etter brennbar væske.
Videre nevnes det at GC-MS-MS (todimensjonal MS-analyse) er en lovende teknikk for bestemmelse av bensin i brannrester ved høy bakgrunnsstøy (forstyrrelser fra andre pyrolyseprodukter og fordampete produkter fra andre materialer som har kondensert på bevismaterialet). Denne teknikken blir brukt for å øke selektiviteten og følsomheten for brennbare væsker. Det er i denne sammenhengen også utviklet et bibliotek for
gjenkjennelse av kromatografispektere for kjente brennbare væsker som brukes i
forbindelse med ildspåsettelse, samt for andre vanlig materialer på branntomten som kan medføre forurensning av måleresultatene. Denne teknikken ble blant annet benyttet til å detektere alkylbenzen, naftalen og antracen i brannrester som hadde blitt tilsatt bensin. Sandercock [9] omtaler også todimensjonal gasskromatografi (GC × GC) som en meget lovende teknikk. Teknikken har fått stor oppmerksomhet i de siste årene. I en GC × GC-analyse gjennomgår hele prøvestykket en todimensjonal utskilling ved at alle kompo-nentene blir separert, først på grunnlag av kokepunktet, og deretter på grunnlag av polari-teten til de enkelte komponentene. Det refereres blant annet til litteratur som beskriver analyser av bensin, diesel og andre brennbare væsker ved hjelp av denne metoden.
Brannhund
Sandercock understreker at det ikke er tvil om at noe er så effektivt som trent brannhund for deteksjon av brennbare væsker, men at det kan være flere ulemper ved bruk av slike hunder. En ulempe er for eksempel at hunder blir slitne etter ca. 20 minutter på en branntomt. Tretthet og utmattelse medfører at den gode luktesansen til hundene svekkes. De må i slike tilfeller fjernes fra branntomten for å hvile.
Videre kan hunden være syk, eller den kan være avhengig av å ha en bestemt ledsager. Selv de best trente hundene kan bli overveldet av ståheien i forbindelse med en stor branntomt, noe som også vil begrense deres effektivitet. I tillegg er det svært kostbart og
tidkrevende å ha godt trente hunder tilgjengelig til enhver tid. På grunn av de høye kostnadene for brannhunder, kan de ikke benyttes overalt på en branntomt. Man må blant annet være forsiktig slik at hunden ikke blir skadet.
Sniffer (hydrokarbondetektor) og PID («Photo Ionisation Detectors»)
En PID (fotoionisasjonsdetektor) er en type gassdetektor som kan måle flyktige organiske forbindelser og andre gasser i konsentrasjoner fra noen få ppb (parts per billion = 0,001 ppm) til 10 000 ppb. PID er en effektiv og relativt billig detektor, som kan gi
øyeblikkelige avlesninger, samt at den kan holdes i kontinuerlig drift [10].
Baldwin [10] påpeker at PID kan være et godt tilleggsverktøy, som kan benyttes under etterforskningen på en branntomt. Slikt utstyr kan være et supplement til, eller en
erstatning for, en brannhund.. Slikt utstyr har lenge vært tilgjengelig, men det har vært en rask utvikling og forbedring av teknologien i de senere år.
En PID-detektor benytter en høyfrekvent lyskilde i det ytre ultrafiolette området for å produsere ioniserte forurensninger i luftprøver. Når prøver av hydrokarboner blir ionisert på denne måten, vil de frie elektronene trekkes til elektroden. Den resulterende
forandringen i strømstyrken blir forsterket og registrert. Dette utstyret er vanligvis ganske følsomt, og er relativt selektivt for hydrokarbondamp. En PID-detektor antas å være opptil ti ganger mer følsom enn flammeionisasjonsdetektorer (FID). Fuktighet og høy temperatur kan imidlertid påvirke måleresultatene. Naturlig forekommende
hydrokarboner i brannrestene kan også gi falskt positiv resultat, men ikke oftere enn noe annet utstyr.
Man kjenner også tilfeller der en sniffer feilaktig har påvist brennbar væske der en med sikkerhet visste at det ikke hadde vært brennbar væske [4]. Dette skyldes at en sniffer også kan gi positivt utslag på generelle pyrolysegasser fra brannen. I en ”varm” branntomt vil det fortsatt være en viss produksjon av pyrolysegasser etter at brannen er slokket. Disse gassene kan gi positive utslag ved bruk av sniffer, selv om de ikke stammer fra brennbar væske. En sniffer kan også unnlate å gi utslag på steder der brennbar væske er påvist ved hjelp av gasskromatografi. Dette gjelder spesielt for lite flyktige væsker med høy fordampningsvarme, slik som diesel.
Positivt utslag på snifferen er ikke avhengig av hvor mye brennbar væske det eventuelt er igjen i golvbelegget, men av konsentrasjonen av væskedamp i luftvolumet like over golvbelegget, der hvor snifferen suger til seg luft. Konsentrasjonen av brennbar
væskedamp i dette området er avhengig av væskens flyktighet. Lite flyktige væsker som diesel, er derfor vanskelig å detektere, fordi slike væsker medfører for lav avdamping i området like over golvet. Dette til tross for at golvbelegget likevel kan inneholde relativt store mengder av den lite flyktige brennbare væsken.
Til tross for at moderne PID-detektorer har nesten like høy følsomhet som hunder, er slike detektorer, i likhet med brannhunder, ikke i stand til å skjelne mellom ulike hydrokarbonvæsker. De er derimot i stand til å detektere konsentrasjoner av hydrokarboner som vil være typisk i brannrestene på en branntomt.
Påvisning av bensin på hendene til mulige brannstiftere
Darrer et al. [11] beskriver en metode ved bruk av spesielle plasthansker for å sikre spor etter bensin på hendene til personer som er mistenkt for ildspåsettelse. Denne teknikken har den fordelen at den er enkel å bruke, og man trenger ikke personell med spesiell kunnskap for å utføre arbeidet. Hanskene av PVC eller lateks inneholder talkumpulver, som har vist seg å være et ideelt medium for oppsamling av rester etter bensin. Den mistenkte bør ha hanskene på i minimum 20 minutter, og deretter må de legges i en
damptett pose. Dsendes hanskene til et laboratorium for deteksjon av brennbar væske ved hjelp av gasskromatografi (GC).
Muller et al. [12] ved politiet i Israel har publisert en lignende metode for deteksjon av bensin på hendene til en mistenkt for ildspåsettelse. Ifølge artikkelen har man funnet spor etter bensin i 80 % av tilfellene hvor brennbar væske er blitt benyttet. Det ble benyttet remser av aktivt trekull for å absorbere spor etter brennbar væske på hendene. Denne metoden inkluderer også en svak oppvarming av hendene til 45 °C, noe som medførte en betydelig forbedring av evnen til å detektere spor etter bensin. Bensinen blir skilt ut fra trekullremsene ved hjelp av diklormetan og analysert ved hjelp av GC-MS-analyse. Figur 2.8 viser TIC-adsorbsjon («Total Ion Chromatography») ved romtemperatur i løpet av 60 minutter. Adsorbsjonen startet 60 minutter etter at 50 μL bensin ble dryppet på hendene. Toluen, C2-, C3- og C4-alkylbensen kan klart ses i diagrammet.
Figur 2.4: TIC-diagram: (a) Etter adsorbsjon i løpet av 60 minutter uten oppvarming av hendene ved til 45 °C. (b) Standard bensin. (c) Blindprøve – 60 minutter adsorbsjon uten bensin. (d) Blindprøve – Prøvetaking ved å plassere remse av aktivt trekull i en tom plastpose i 60 minutter [12].
Trekullremsen ble også plassert på hendene i en varighet på 15, 60, 120 og 180 minutter (absorbsjonstid), én time etter at 50 μL bensin ble dryppet på hendene. Ved 15 minutters absorbsjonstid ble det konkludert med at diagrammet var for dårlig til å kunne konkludere med tilstedeværelsen av bensin, men på grunnlag av EIC-diagram i Figur 2.9 kunne man ifølge Muller et al. [7] imidlertid skjelne profilen til bensin. Disse ion-diagrammene gjør en i stand til å fokusere på profilene til den typiske massespektrografen til bensin, og det tillater utelukkelse av fremmede materialer i TICen som ikke har noe med bensin å gjøre. Det bemerkes at oppvarming av hendene til 45 °C medførte et lett ubehag for personene som deltok i forsøkene. Adsorbsjonsgraden av bensin i trekullremsene økte betydelig ved å utsette hendene for en slik lett oppvarming. Det ble konkludert med at det var en markert forbedring av resultatene når eksponeringstiden for adsorbsjonsmaterialet økte for eksempel til 60, 120 og 180 minutter. Videre fant man at å benytte plastposer var bedre enn å benytte plasthansker.
Det ble konkludert med at selv 3 timer etter at en svært beskjeden mengde bensin ble dryppet på hendene til en forsøksperson, var det mulig å detektere bensin ved å benytte passiv absorpsjon ved aktivt trekull, og deteksjonen av bensin ble betydelig forbedret ved oppvarming av hendene ved til 45 °C.
Figur 2.5: TIC- og EIC-diagram («Extracted Ion Chromatogram» “Ions of 91, 105, 119”) etter 15 min. absorbsjon på hendene. Under: EIC-diagram av bensin. Muller et al. [12].
2.6
SINTEF/Kripos-prosjektet «Bestemmelse av
branntekniske spor etter bruk av brennbar
væske»
2.6.1
Forsøksoppsettet og forsøkene
I 1998-1999 hadde SP Fire Research (den gang SINTEF NBL), Kripos og Trondheim politikammer et samarbeidsprosjekt kalt ”Bestemmelse av spor etter brennbar væske" [5]. Prosjektet hadde som målsetting å klargjøre hvilke visuelle og kjemiske spor man kan forvente å finne etter brann i brennbare væsker på golvbelegg, avhengig av type brennbar væske og golvbelegg. I prosjektet ble også forskjellige branntekniske faktorer undersøkt, slik som graden av sekundære skader forårsaket av overtenning, effekten av slokking og tid mellom brann og prøvetakingen. Med kjemiske spor menes her rester av brennbar væske identifisert ved hjelp av gasskromatografi.
De ulike brennbare væsker, brennbare faste materialer og golvbelegg som ble testet under forsøkene er vist i Tabell 2-1under.
Tabell 2-1 Ulike testparametere som ble undersøkt i forsøkene i prosjektet "Bestemmelse av branntekniske spor etter bruk av brennbar væske" [5].
Brennbare væsker: Brennbare faste materialer: Golvbelegg: • Rødsprit • White spirit • Bensin • Diesel • Bomull • Akryl • Skumplast • Vinyl (tykkelse 1,1 og 1,8 mm) • Filtteppe (tykkelse 3,3 mm) • Teppe (tykkelse 9 mm inkl. 5 mm luv) • Ubehandlet furu (tykkelse 12 mm) Figur 2.6 viser bilder fra et av forsøkene med rødsprit.
2.6.2
Forsøkene
Det ble gjennomført nitten forsøk med primærbrann i fire typer brennbar væske på fire typer golvbelegg. I tillegg ble prøvematerialene utsatt for sekundærbrann.
Sekundærbrannen var en gassbrann med effekt i området 60-140 kW, som skulle simulere at brannen i væsken på golvet hadde spredt seg og ført til overtenning i brannrommet. Gassbrannen skulle gi en varmepåkjenning mot golvet tilsvarende som fra et overtent rom. Videre ble det gjennomført fem forsøk med kun brennbare faste materialer (gardin og skumplast) på golvbelegg, samt fire referanseforsøk med bare sekundærbrann. Den brennbare væsken ble antent med en håndholdt propanbrenner. Forsøkene ble avsluttet ved at brannen ble slokket med CO2-apparat. Alle forsøksmaterialene i første
forsøksserie ble tilført vann etter at brannen var slokket. Figur 2.6 viser bilder fra et av forsøkene.
(a) (b)
(c) (d)
Figur 2.6: Bilde av forsøksriggen (a) like før start av et forsøk med 3 dl rødsprit på golvbelegg, (b) like etter antennelse rødspriten, (c) kun sekundærbrannen med maksimal effekt, og (d) etter fullt utviklet brann i golvbelegget, idet slokking med CO2 startet [5].
Figur 5.5 viser hvordan brannen utviklet seg, og de resulterende sporene i golvbelegget. Figur 5.6 viser i detalj de visuelle sporene i golvbelegget etter brannen.
Like før antennelse. Ved 4 min 50 sek, like før
slokking. Pilen viser hvor væsken ble påført.
(a) Forsøk med 3 dl white spirit på golvteppe (9 mm tykt, inkl. 5 mm luv).
Pilene viser dammen med bensin. Spor etter kun bensinbrannen
(ingen sekundærbrann). Spor etter sekundærbrannen (piler viser spor etter bensinbrannen).
(b) Forsøk med bensin på golvbelegg av vinyl.
3 dl diesel med papirveke. Sporene etter dieselbrannen. Spor etter sekundærbrannen (piler viser spor etter
bensinbrannen).
(c) Forsøk med diesel med papirveke på golvbelegg av vinyl.
Like før antennelse. Brannutviklingen etter 3 min. Pil 1 viser spor etter skumplast og pil 2 spor etter akrylgardin.
(d) Forsøk med en hengende bomullsgardin og liggende gardin av akryl, samt med skumplast på golvbelegg av ubehandlet furu.
Figur 2.7: Bilder av brannutviklingen i løpet av forsøkene og sporene etter brennbar væske og faste materialer (skumplast og akrylgardin) [5]).
(a) Brannutviklingen etter 90 sekunder ved 2 x 1,5 dl white spirit. Golvteppet etter en brann uten overtenning. Pilene angir retningen på vindtrekken, samt tydelige skillelinjer mellom brente og ikke brente områder
(b) 2 x 3 dl bensin på golvteppe, hvor den nærmeste mengden er lagt som en lunte mot retning til vindtrekken (mot høyre). Full brannutvikling i golvbelegget og sporene etter brannen. Pilene viser til lunta.
(c) Brannen i white spirit slokner av seg selv etter 55 minutter, uten at all white spirit er brent opp.
(d) Pil 1 viser området hvor skumplast hadde ligget på furugolv. 2 viser til brannrester etter brann i en hengende akrylgardin som hadde falt ned før overtenning av
brannrommet.
Figur 2.8: Bilder av visuelle spor etter brennbar væske på forskjellige typer golvbelegg [5].
Muligheten av å finne spor etter brennbar væske
I femten av totalt nitten forsøk ble det funnet relativt tydelige visuelle spor og/eller kjemiske spor etter brennbar væske, det vil si i nesten 80 % av forsøkene. Disse forsøkene har dermed vist at en primærbrann ved hjelp av 3 dl brennbar væske kan etterlate seg relativt tydelige visuelle eller kjemiske spor på golvbelegg. Dette til tross for at flere av brannene medførte fullt utviklet brann i golvbelegget, noe som til en viss grad kan medføre at de visuelle sporene blir visket ut, og at mye brennbar væske vil fordampe og forsvinne fra arnestedsområdet.
2
Antenneligheten av de fire brennbare væskene
3 dl bensin, og 3 dl rødsprit var begge lette å antenne, slik at væskene brant vedvarende. White spirit og spesielt diesel var derimot vanskelig å antenne. White spirit ble antent lokalt, men brannen døde ut etter kort tid. Diesel lot seg derimot ikke antenne i det hele tatt. Ved å legge tørkepapir som en veke i dieseldammen ble diesel imidlertid lett antent.
2.6.3
Bruk av ”Sniffer”
I forsøkene ble det anvendt en sniffer-modell (tidligere omhandlet i kapittel 2.5) som ble brukt på slutten av 1990-tallet. Slikt utstyr har vært lenge tilgjengelig, og det har vært en utvikling og forbedring av teknologien siden disse forsøkene ble gjennomført. Dette gjelder spesielt med hensyn til følsomheten, som nå begynner å bli nesten like god som følsomheten til en brannhund ifølge Baldwin [10].
Det ble påvist spor etter brennbar væske ved hjelp av sniffer i alle de fire forsøkene hvor sniffer ble anvendt. Det ble også påvist brennbar væske ved gasskromatografi i disse forsøkene. Det var altså ingen av de undersøkte stedene på golvbelegget hvor en feilaktig påviste brennbar væske ved bruk av sniffer. Det var heller ikke steder på golvbelegget hvor en ikke kunne påvise brennbar væske med sniffer, hvor brennbar væske i ettertid ble påvist ved hjelp av gasskromatografi.
I et av forsøkene ble altså diesel benyttet som brennbar væske, og den ble påvist ved hjelp av snifferen. I dette forsøket ble det ikke utviklet full brann i golvbelegget, bare 30-40 % av golvbelegget ble brannskadet.
2.6.4
Betydningen av tilførsel av slokkevann
Avdamping av rester av den brennbare væsken etter slokking er noe som skjer temmelig raskt i en relativt varm branntomt. Dette gjelder særlig hvis bensin eller andre flyktige væsker er blitt anvendt ved ildspåsettelse [5]. Ettersom hydrokarboner ikke er
vannløselige, blir de ikke så lett vasket bort under slokkearbeidet. For ikke-vannløselige brennbare væsker kan slokkevann virke forseglende, og dermed i høy grad forhindre fordampingen.
I situasjoner hvor ikke vannløselige brennbare væsker trekkes inn i overflaten til porøse materialer, kan slokkevann ha en tendens til effektivt å hindre avdamping på grunn av nettopp vannets forseglende effekt i porøse materialer og overflater. Vannet lukker inne ikke-vannløselige væsker i porene i materialet. Vannløselige brennbare væsker som sprit, aceton og enkelte løsemidler, blir derimot effektivt vasket ut av porøse materialer under brannslokkingen. Forsøkene våre viste at det var lettere å påvise kjemiske spor etter white spirit enn etter rødsprit, spesielt i forsøk der det var påført slokkevann.
2.6.5
Konklusjoner fra studien
På grunnlag av forsøkene ble det trukket følgende konklusjoner med hensyn til muligheten til å finne spor etter brennbar væske:
Spor generelt
• Visuelle og/eller kjemiske spor etter brennbare væsker ble funnet i 80 % av forsøkene.
• Mulighetene for å påvise kjemiske spor ved gasskromatografi var trolig minst like gode som mulighetene for å finne entydige visuelle spor etter brennbar væske.
Visuelle spor
• Visuelle spor kan kun indikere at brennbar væske er anvendt, og gi anvisning om hvor prøver for videre gasskromatografiske undersøkelser bør tas. Generelt bør man utvise stor aktsomhet ved å anvende visuelle spor alene som holdepunkter eller bevis for at en brann er påsatt ved hjelp av brennbar væske. Eventuell bruk av brennbar væske bør verifiseres ved hjelp av gasskromatografisk analyse.
• Visuelle spor etter brann i faste materialer som har brent på ubehandlet furugolv, for eksempel skumplast, kan feiltolkes som spor etter en brennbar væske.
• På vinylbelegg var det mulig å påvise visuelle spor etter brennbar væske, der-som de sekundære brannskadene ikke ble for omfattende.
• En primærbrann ved hjelp av bensin og diesel (og papir) forårsaket betydelig mer distinkte visuelle spor enn rødsprit, som igjen forårsaket mer distinkte visuelle spor enn white spirit.
• På golvteppe, på ubehandlet furu, samt til en viss grad på golvbelegg av filt, oppstår det ikke nødvendigvis entydige visuelle spor etter overtenning i brannrommet, dersom væsken ikke er påført i et spesielt mønster eller som en lunte.
• De visuelle sporene var mer tydelige på vinylbelegg enn på golvteppe.
Kjemiske spor
• Vi fant kjemiske spor etter brennbare væsker på steder man ikke skulle forvente å finne slike spor, som for eksempel i senter av brannen på golvet. Selv om det ble anvendt relativt små mengder brennbar væske, og brannen i golvbelegget var mer eller mindre fullt utviklet som følge av blant annet sekundærbrannen i rommet, var det likevel fullt mulig å påvise brennbar væske ved gasskromatografi.
• Det er i senter av væskebrannen det er størst sannsynlighet for å påvise kjemiske spor etter brennbar væske i golvbelegg som effektivt trekker til seg den brennbare væsken. Dette gjelder ikke for golvbelegg som ikke trekker til seg væsken effektivt, for eksempel vinyl og ubehandlet furu. Her kan det påvises brennbar væske i utkanten av væskebrannen.
• Man kan også påvise kjemiske spor utenfor væskedammen, spesielt når det er brukt white spirit. White spirit som ikke brant, hadde en tendens til å bevege seg vekk fra sekundærbrannen i rommet.
• Generelt var det lettere å påvise kjemiske spor i golvbelegg som trakk til seg den brennbare væsken (golvteppe og filtbelegg), enn i golvbelegg som ikke trakk til seg væsken (vinyl og ubehandlet furu).
• Fullt utviklet brann i golvbelegget reduserte i første rekke mulighetene av å finne visuelle spor.
• 24 timers tidsforsinkelse i prøvetakingen medførte at påvisningen av kjemiske spor ved hjelp av gasskromatografi i forhold til prøvetaking umiddelbart etter at brannen ble slokket, sank fra 100 % til 75 %. • ”Sniffer” virker å være et godt egnet verktøy i forbindelse med
åstedsundersøkelser av branntomter, relativt kort tid etter brannen. Sniffer anbefales først og fremst som et hjelpemiddel til å bestemme de steder som egner seg best for prøvetaking for gasskromatografi.
• Slokkevann kan redusere mulighetene for å påvise kjemiske spor etter brennbar væske. Dette gjelder først og fremst for vannløselige brennbare væsker, slik som rødsprit eller etanol. Når det gjelder ikke-vannløselige brennbare væsker, kan slokkevannet forsegle væsken, noe som vil hindre avdamping.
2.7
Oppsummering
I dette avsnittet oppsummeres det hvorvidt vi har greid å besvare spørsmålene som ble stilt i kapittel 2.1. Basert på denne oppsummeringen presenteres det tema man bør se nærmere på.
Spørsmål:
1. Hvor lang tid kan det brenne før brennbar væske ikke lar seg identifisere gjennom kjemisk analyse og bruk av hund?
2. Hvor lang tid tar det før brennbar væske ikke lar seg identifisere gjennom bruk av hund eller kjemisk analyse av prøver tatt fra områder der det ikke har brent i og utenfor brannrommet?
3. Hvor lang tid tar det før søl av brennbar væske på for eksempel klær ikke lar seg identifisere?
4. Hvor lang tid tar det før en brannhund ikke lenger kan markere brennbar væske?
5. Når blir spor av brennbar væske borte som følge av vær og vind?
Resultater:
For disse spørsmålene har vi ikke funnet pålitelig litteratur som gir gode svar. Ut i fra de referansene vi har funnet, kommer det det frem at det er mange faktorer som påvirker muligheten for å kunne påvise bruk av brennbar væske i ulike materialer, og at tid etter brann er kun én av mange.
Spørsmål 6:
Gir noen av de etablerte metodene for påvising av brennbar væske mulighet for falsk positiv tolkning grunnet kontaminering av smeltet plast?
Resultater:
Innenfor temaet falsk positiv tolkning på grunn av smeltet plast er det funnet flere referanser, og det er også presentert metoder for å redusere denne risikoen.
Spørsmål 7:
Finnes det publisert dokumentasjon av metode for stadfesting av brennbare væsker ved hjelp av UV-lys og kamera?
Resultater:
Når det gjelder bruk av UV-lys og kamera som en metode for å påvise bruk av brennbar væske, er det ikke funnet pålitelige forskningsartikler. Imidlertid finnes det flere nettsider som promoterer denne metoden, men hvilket grunnlag disse sidene baserer seg på er ukjent.
Spørsmål 8:
Finnes det publisert dokumentasjon av alternative metoder for stadfesting av brennbare væsker?
Resultater:
Det er funnet flere referanser som presenterer ulike alternative metoder for stadfesting av bruk av brennbare væsker.
Det er ikke funnet noen referanser som har studert bruk av tennbriketter og stearinlys i sammenheng med de nevnte spørsmålene. Dette bør undersøkes nærmere i fremtidige forskningsprosjekter.
3
Brann som følge av gnister, glør og varme
partikler
3.1
Innledning
Spørsmål man skal forsøke å besvare er:
1. Hva må til for at en varm partikkel (størrelse, temperatur) skal antenne faste materialer som blant annet tekstiler og byggematerialer?
2. Hva må til for at en varm partikkel (størrelse, temperatur) skal antenne olje- og spritbaserte væsker?
3. Hva skjer med RIP-sigaretter dersom de tildekkes? I dette avsnittet omtales tre typer antennelseskilder:
• Flyvebranner
• Varme partikler av ubrennbart materiale og gnister • Ulmende sigaretter
En flyvebrann er definert som varme partikler som transporteres i luften og faller ned og
antenner brennbare materialer. Antennelse av brann på annet sted enn
primærbrannområdet, som følge av at et varmt nok materiale med tilstrekkelig energi forflytter seg fra primærbrannen [13].
Flyvebranner kan være partikler av brennbart materiale der det foregår en
forbrenningsprosess i selve partikkelen, for eksempel glødende biter av trevirke, barnåler etc., men en flyvebrann kan også være en varm ubrennbar partikkel, for eksempel av metall eller mineralull.
Ved aktiviteter som sveising og kutting med vinkelsliper dannes det gnister, det vil si glødende partikler. Hvor stor evne disse partiklene har til å antenne brennbart materiale, avhenger av en rekke faktorer:
• Det brennbare materialet • Partikkelens temperatur • Partikkelens størrelse • Partikkelens varmekapasitet
• Hvor godt partikkelen blir termisk isolert i det brennbare materialet Temperaturen på slike partikler kan være svært høy, og langt over
antennelsestemperaturen for de fleste brennbare materialer. For partikler av stål kan temperaturen nå 1400 °C [14]. Den praktiske brannfaren med hensyn til gnister fra mekaniske operasjoner er imidlertid begrenset ved at partiklene er relativt små, og inneholder lite energi, selv om temperaturen er høy. Partiklene avkjøles raskt, og starter brann kun dersom forholdene er optimale, som for eksempel når de havner i løs, tørr bomull eller i en eksplosiv atmosfære. Større partikler vil holde på varmen lengre, men vil ofte ikke oppnå kritisk høye temperaturer.
3.2
Antennelse av trevirke
Det er ikke funnet mye publisert informasjon om antennelse av trevirke med gnister eller glør. I en artikkel der kunnskapsstatus med hensyn til antennelse av trevirke gjennomgås, stadfester Babrauskas at det finnes lite eksperimentelle data tilgjengelig for antennelse på
grunn av varme legemer [15]. Han konkluderer imidlertid med at antennelse er mulig under overraskende milde eksponeringer, det vil si flyvebranner på noen få gram. En artikkel fra Australia omhandler antennelse av trebroer ved gnistregn fra skogbranner [16]. Artikkelen tar for seg antennelse når glør fraktes med vinden og samler seg i sprekker og spalter i brokonstruksjoner av trevirke, og omfatter en kartlegging av tjue trebroer som ble antent i to forskjellige skogbranner i henholdsvis 1983 og 1985. I dette scenariet er det typisk at en konstruksjon antennes flere steder samtidig. Det blir påpekt at aldret trevirke øker sannsynligheten for slik antennelse. Artikkelen beskriver tester der antennelse med glør fra brent trevirke er undersøkt, både i laboratorium og i feltforsøk med en bro som var omlag femti år gammel. Størrelsen på glørne ble ikke bestemt. Det ble gjort forsøk med spalter på henholdsvis 0 - 5 mm og 10 - 25 mm.
Noen funn fra denne artikkelen:
• Broer antennes vanligvis der vertikale og horisontale flater møtes, og glør faller ned i sprekker og spalter.
• Eksperimenter bekrefter at trevirke i broer kan antennes ved små opphopninger av glør i sprekker eller spalter.
• Antennelse starter med ulmebrann som utvikler seg videre, hjulpet av vind og høy temperatur (fra skogbrann).
• Ulmebrann utvikler seg raskest der trevirket er gammelt, oppsprukket og tørt. • Hjørner av trebordene blir antent først.
• Det ble ikke observert ulmebrann i forsøkene med de smaleste spaltene. • Det ble observert ulmebrann i fire av ni forsøk med ubehandlet trevirke og
spaltebredde på 10-25 mm.
• Behandling med flammehemmende løsning eller svellende maling kan redusere sannsynligheten for antennelse, men ikke eliminere den helt. • Overflatebehandling med et beskyttende sjikt, som for eksempel maling, kan
redusere sannsynligheten for antennelse, ved at sprekker tettes igjen. Slik behandling krever imidlertid inspeksjon og vedlikehold.
Ved National Institute of Standards and Technology (NIST) i USA er det utført en forsøksserie for å undersøke under hvilke forhold glødende flyvebranner kan antenne vanlige bygningsmaterialer [17]. I forsøkene undersøkte NIST om brennende biter av furu, plassert i vinkelen mellom henholdsvis to kryssfinerplater og sponplater, førte til ulmebrann ved ulik vinkel mellom platene. Furubitene var formet som sylindre med høyde 76 mm og diameter 10 mm. Forsøk ble utført med vindhastigheter på 1,3 m/s og 2,4 m/s. Ved 1,3 m/s oppsto det ikke ulmebrann i noen av forsøkene. Ved vindhastighet 2,4 m/s oppsto det ulmebrann i alle forsøkene når vinkelen mellom platene var 60°. Ved en vinkel på 90° og vindhastighet 2,4 m/s oppsto det ulmebrann i noen tilfeller og i andre ikke. Ved en vinkel på 135° oppsto det ikke ulmebrann i noen av forsøkene.
I en tidligere artikkel fra NIST, blir det konkludert med at viktige forhold som bestemmer muligheten for antennelse ved flyvebrann, er tettheten på "gnistregnet" (fluksen),
størrelsen på flyvebrannpartiklene og vindhastigheten [18]. Ulike treslag kan ha ulik sannsynlighet for antennelse.
I 2011 ble det avholdt en workshop ved NIST med tittel Workshop for Urban and
Wildland-Urban Interface (WUI) Fires: A Workshop to Explore Future Japan/USA Research Collaborations [19]. En av presentasjonene dreide seg om antennelse av
cellulosematerialer ved varme metallpartikler som avgis ved lysbuer i høyspentledninger, og som føres med vinden. Det var utført eksperimentelle forsøk for å undersøke hvordan slike partikler kan føres med vinden, og hvilke temperaturer de har når de lander. Forsøkene ble utført i vindtunnel der stålkuler med ulik temperatur og ulik diameter
landet i henholdsvis oppmalt cellulose og barnåler, og eventuell brannutvikling ble observert. Det ble konkludert med at sannsynlighet for antennelse avhenger av både temperatur og av partikkelstørrelse. For cellulose ble det påvist ulmebrann ved partikkeldiameter 3 mm og temperatur 1100 °C. For barnåler var det nødvendig med partikkeldiameter 8 mm for å oppnå antennelse ved 1100 °C. Når partiklene hadde diameter på 19,1 mm, ble det observert ulmebrann i cellulosematerialet ved en partikkeltemperatur på 550 °C.
3.3
Antennelse av brennbart støv
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) i Tyskland har undersøkt utvikling av ulmebrann i beholdere med fire ulike typer støv (fint og grovt støv av kork, bøk og kakao)
[20]
. Bulkdensiteten varierte fra 59 kg/m3 (fint korkstøv) til 382 kg/m3 (støv av bøk). Porselenskuler med diameter fra 25 til 40 mm ble varmet opp i en ovn til 1200 °C, og plassert midt i beholderen med støv. Porselenskulen blir omtalt som et inertvarmt legeme, fordi den ikke er involvert i reaksjonen på annen måte enn ved
varmeoverføring til materialet i beholderen. Det ble ikke observert ulmebrann ved temperaturer under 489 °C, mens det ble observert ulmebrann ved starttemperatur på 503 °C. Utviklingen av ulmebrannen pågikk i bortimot 10 timer i enkelte av forsøkene, og det var ikke mulig å observere temperaturøkning fra utsiden av beholderne før
forbrenningsfronten nådde overflaten. Minste diameter på ansamlingen av det brennbare materialet for å oppnå ulmebrann ved et inert varmt legeme er antatt å være over 10 mm.
3.4
Antennelse av biologisk materiale
I USA er det mange tilfeller der man mistenker at skyting med rifle er kilden til
skogbranner [21]. USDA Forest Service har derfor undersøkt hvilket potensiale riflekuler har til å antenne organisk materiale. Ulike typer patroner og materialer (kobber, stål og kombinasjoner av disse) i kulene ble brukt i forsøkene, der det ble skutt mot en stålplate. Fragmenter fra kulene falt fra stålplaten ned i en eske med ovnstørket torv. I tre tester ble det brukt treull som organisk materiale. Totalt ble det avfyrt 433 skudd i forsøkene. De kompakte kobberkulene ga størst prosentandel fragmenter i forhold til opprinnelig masse (85 %), og også de største fragmentene. Den minste andelen fragmenter (35 %) ble målt for kuler med blykjerne og kobberkappe, og disse fragmentene var også de minste i undersøkelsene.
IR-kamera og temperaturfølsom maling indikerte at temperaturen på kulefragmenter var mellom 550 °C og 800 °C. Antennelsene ble detektert visuelt som områder med ulming i torven, og i noen tilfeller kunne det gå flere minutter fra skuddet til ulmingen ble
observert. Kompakte kuler av kobber og kuler med stålkjerne og stålkappe førte jevnlig til antennelser, mens en type kule med blykjerne og kobberkappe ikke antente materialet i esken. I fem tilfeller førte fragmenter fra samme kule til flere antennelser. Selv små fragmenter var i stand til å starte en antennelse.
Undersøkelsen konkluderte med at kulefragmenter ble raskt avkjølt, men at de har potensiale til å antenne organisk materiale, spesielt hvis det er finfordelt, tørt, og nær den harde flaten som kulen først treffer.
Antennelse av brennbart materiale eksponert for varme partikler av aluminium er undersøkt ved University of California Berkeley i USA [22]. Fire ulike typer brensel ble undersøkt, alle plassert på et underlag av sand:
• cellulose i smale remser • cellulose i pulverform
• blanding av strå fra bygg, hvete, havre og gress
• blanding av strå fra bygg, hvete, havre og gress i pulverform
Aluminiumspartikler med diameter 2 til 8 mm ble varmet opp til temperaturer mellom 575 °C og 1100 °C og sluppet ned i de ulike brenslene. Disse partiklene er
sammenliknbare med partikler produsert ved sveising, eller når det oppstår utilsiktet kontakt mellom kraftledninger. Flammebrann og tilfeller uten antennelse ble registrert visuelt. Antennelse av ulmebrann ble ikke undersøkt.
Resultatene viste at cellulose antente ved lavere temperaturer enn gressblandingen, noe som forklares med at lignin og en mer kompleks struktur i gressblandingen hemmer antennelse. Brensel i pulverform antente lettere enn brensel i form av strå og remser. Dette forklares med at geometrien er viktig, og at tynnere brensel antennes lettere enn samme brensel i tykkere form. Et annet resultat var at forskjellen i antennelsestemperatur for de ulike materialene var mindre for de små aluminiumspartiklene enn for de større partiklene. Dette kan skyldes at energien som er nødvendig for å antenne alle de fire brenseltypene er liten. Hvis temperaturen på en partikkel er høy (som for de minste partiklene), kan antennelsen ses på som en pilotantennelse, og dermed mindre avhengig av typen brensel. De store partiklene antente brenselet ved lavere temperaturer, og denne antennelsen kan anses som en spontan antennelse i et varmt punkt. En slik form for antennelse vil være avhengig av type brensel og geometri.
3.5
Antennelse ved sigaretter
3.5.1
RIP-sigaretter
Fra 17. November 2011 ble det innført krav om at alle sigaretter solgt innenfor EU og EØS skal være såkalte RIP-sigaretter (RIP = Reduced Ignition Propensity). Disse er konstruert for å slokne av seg selv når man legger dem fra seg. Slike sigaretter er utviklet for å redusere sannsynligheten for antennelse av stoppede møbler og madrasser, som representerer en stor andel av brannårsakene i dødsbranner i mange land.
I 2011 ble det ifølge Hall [23] estimert at brannvesen i USA rykket ut til ca. 90 000 branner som hadde sin årsak i røyking. Disse brannene forårsaket ca. 540 døde, 1640 personskader og skader på eiendom for ca. 621 millioner dollar. I USA antar man at RIP-sigaretter er den viktigste årsaken til antall døde i slike branner er redusert med 30 % i perioden 2003-2011. I 2003 hadde ingen stater i USA innført påbud om RIP-sigaretter. I slutten 2011 var RIP-sigaretter påbudt i alle stater. I 2010 ble Finland det første landet i EU som innførte kravet om RIP-sigaretter.
Den vanligste metoden for å konstruere RIP-sigaretter, er å anvende tynne papirbånd på innsiden av sigarettpapiret, som fungerer som ett slags «fartshump». Disse båndene begrenser hastigheten for forbrenningen i sigaretten, og reduserer luftgjennomtrengningen til sigarettgloen, noe som gjør at sigaretten lettere slokner av seg selv. Figur 3.1 viser et eksempel på en typisk sammensetning av selvslokkende sigaretter.
Figur 3.1: Eksempel på vanlig sammensetning av selvslokkende sigaretter. Tynne papirbånd plasseres på innsiden av sigarettpapiret, og når gloen når
”fartshumpen”, avtar hastigheten på ulmingen og oksygentilgangen, noe som medfører at sigaretten slokner av seg selv. (Figur: National Institute of Standards and Technology [23]).
3.5.2
Egenskaper ved tradisjonelle sigaretter
Egenskaper ved kommersielt tilgjengelige sigaretter (ikke såkalte RIP-sigaretter) [24]: • Vekt: 0,6 - 1,1 g
• Diameter: 7,8 - 8,1 mm • Lengde: 60-100 mm
• Varighet på ulming: 11 – 18 minutter, uavhengig av lengde på sigarettene • Varmeavgivelse for sigarett som ikke røykes: 4-6 W
• Maksimal varmefluks fra en ulmende sigarett til overflaten den ligger på er 50 til 60 kW/m2
En ulmende sigarett oppfører seg annerledes når den ligger på et underlag enn når den brenner omgitt av luft. Temperaturen i kjernen av sigaretten er lavere når den ligger på et underlag enn når den er omgitt av luft, men denne lavere temperaturen vedvarer over lengre tid. De aller fleste sigaretter oppfører seg på samme måte, men det er enkelte sigaretter som ser ut til å ha lavere sannsynlighet til å antenne underlaget [25].
I en amerikansk studie ble sammenhengen mellom type sigaretter, røykere og brannrisiko undersøkt [26]. 11 egenskaper ved sigarettene ble undersøkt, og følgende 4 egenskaper ble vurdert å ha betydning for om det oppsto brann eller ikke:
• Filter: det er mindre sannsynlig at en filtersigarett antenner en brann enn en
sigarett uten filter.
• Lengde på filter: sannsynligheten for antennelse avtar med økende lengde på
filteret.
• Porøsitet: sannsynligheten for antennelse øker med økende porøsitet.
• Emballasje: sannsynligheten for antennelse er større for sigaretter i myk
pakning enn hard pakning, fordi dette kan føre til at sigarettene oftere har skader som kan påvirke sannsynligheten for å utvikle ulmebrann.
I en annen amerikansk studie undersøkte man forbrenningsegenskapene til tobakk og sigarettpapir i maskinfremstilte sigaretter og i selvrullete sigaretter [27]. Resultater:
• Fabrikkfremstilte sigaretter med vanlig papir: 120 av 120 sigaretter brant helt ut før de sloknet.
• RIP-sigaretter: 29 av 40 sigaretter brant helt ut. 11 sloknet tidligere. • Selvrullete sigaretter: Ingen av de 360 som ble testet brant helt ut.
Artikkelen konkluderer med at sigarettpapiret er avgjørende for om sigaretten ulmer helt ut eller ikke, og at papir for selvrullete sigaretter gir stor sannsynlighet for at sigaretten slokner av seg selv før den er oppbrent.
Kombinasjonen av lav tetthet på tobakk, redusert omkrets på sigarettene og lav
permeabilitet på sigarettpapiret har vist seg å gi merkbar reduksjon i sannsynligheten for antennelse [28].
En annen undersøkelse rapporterer imidlertid at egenskaper ved sigaretter, slik som porøsitet til sigarettpapiret, omkrets, hvor tett tobakken er pakket og
forbrenningshastighet, ikke har stor betydning for potensialet for antennelse av
møbeltrekk [29]. Antennelse av møbler ved ulmende sigarett er i større grad avhengig av egenskaper til tekstilet og geometriske forhold.
3.5.3
Ulmebrann i stoppete møbler
Mekanismene for antennelse av materialer og møbler ved sigaretter, ulmeprosessen og overgangen til flammebrann er beskrevet i en artikkel av Holleyhead fra 1999 [30]. Det er utført mye forskning på dette området, spesielt på 1980- og 90-tallet, og hensikten med forskningen har vært å utvikle mer brannsikre møbler. Parallelt har det også vært utført forskning for å utvikle sigaretter med mindre sannsynlighet for å antenne
"standardmaterialer", såkalte RIP-sigaretter.
I Norge er det forskriftskrav om at stoppete møbler skal kunne motstå antennelse av en ulmende sigarett [31]. Dette kravet blir tilfredsstilt av de aller fleste stoppete møbler uten behov for å bruke flammehemmere i verken trekk eller stoppemateriale.
Varmeutvikling er en forutsetning for at det skal oppstå brann. Når en ulmende sigarett antenner et fast materiale, er det ulmebrannen som overføres til det faste underlaget. Ulming er en forbrenningsprosess uten flammer, der det faste materialet forkulles og brytes ned, og der det utvikles røyk. Ulmebrann kan foregå i porøse, faste materialer, og den avgir varme (eksoterm prosess). Ulmebrann kan kun foregå i materialer som forkuller, men det kan ikke utvikles ulmebrann i alle materialer som forkuller. En ulmende sigarett er vist skjematisk i Figur 3-3. I figuren ser vi at temperaturen på overflaten av reaksjonsområdet i sigaretten (svart felt) er bortimot 100 °C lavere enn i senter av området. Vi ser også at de høye temperaturene er konsentrert i et område med liten utstrekning, 0,8 cm i henhold til figuren.
